本篇文章为大家展示了Linux服务端的最大并发数是多少呢,内容简明扼要并且容易理解,绝对能使你眼前一亮,通过这篇文章的详细介绍希望你能有所收获。
在开始今天的文章之前,先抛一个面试题出来:
你接触过的单机最大并发数是多少?
你认为当前正常配置的服务器物理机最大并发数可以到多少?
对于后端开发人员来说,并发数往往和技术难度是呈正相关的,实际上也确实如此:体量决定架构。
服务端根据不同业务场景会有不同的侧重点,单纯追求高并发其实并不是根本目的,高可用&稳定性更重要。
所以最终我们的目的是:保证高可用高稳定的基础上追求高并发,降本增效。
高可用&高并发是我们直观感受到的,本质上这是个复杂的系统工程,每个环节都会影响结果,每一块都值得研究和深入。
在2000年初的时候,全球互联网的规模并不大,但是当时就已经提出了C10K问题,所谓C10K就是单机1w并发问题,虽然现在不觉得是个难题了,但是这在当初是很有远见和挑战的问题。
在APUE第三版都没有提到epoll,所以我们解决C10K问题的时间并不长,其中IO复用epoll/kqueue/iocp等技术对于C10k问题的解决起到了非常重要的作用。
开源大神们基于epoll/kqueue等开发了诸如libevent/libuv等网络库,从而大幅提高了高并发网络的开发效率,对于C/C++程序员来说并不陌生。
这里简单提一下针对下一个10年的展望和挑战:C10M问题。
站在浪尖的那一批人早就开始思考让单机达到1000w并发,现在听起来感觉不可思议,但是要达到这个目标,除了硬件上的提升,更重要的是对系统软件和协议栈的改造。
Errata Security的CEO Robert Graham在Shmoocon 2013大会上的演讲,大佬重要的观点是:
不要让OS内核执行所有繁重的任务:将数据包处理、内存管理、处理器调度等任务从内核转移到应用程序高效地完成,让诸如Linux这样的OS只处理控制层,数据层完全交给应用程序来处理。
确实也是如此,难道你不觉得Linux内核做了太多不该自己做的事情了吗?
近几年出现的DPDK、PFRING、NETMAP等技术也是类似的思想,现在流行的协处理器+CPU的架构也是这样的:
前面提到的C10K和C10M问题都是围绕着提升服务器并发能力展开的,但是难免要问:服务器最大的并发上限是多少?
3.1 五元组
做过通信的盆友们一定听过五元组这个概念,一个五元组可以唯一标记一个网络连接,所以要理解和分析最大并发数,就必须理解五元组:
这样的话,就可以基本认为:理论最大并发数 = 服务端唯一五元组数。
3.2 端口&IP组合数
那么对于服务器来说,服务端唯一五元组数最大是多少呢?
有人说是65535,显然不是,但是之所以会有这类答案是因为当前Linux的端口号是2字节大小的short类型,总计2^16个端口,除去一些系统占用的端口,可用端口确实只剩下64000多了。
对于服务端本身来说,DestPort数量确实有限,假定有多张网卡,每个网卡绑定多个IP,服务端的Port端口数和IP数的组合类型也是有限的。
对于客户端来说,本身的端口和IP也是一样有限的,虽然这是个组合问题,但是数量还是有限的:
3.3 并发数理论极限
看了前面的端口&IP的组合数计算,好像并发数并不会特别大。
错了,是真的会很大。
分析一下,前面的计算都是针对单个服务器或者客户端的,但是实际上每个服务器会应对全网的所有客户端,那么从服务端看,源IP和源Port的数量是非常大的。
理论上服务端可以接受的客户端IP是2^32(按照IPv4计算),端口数是2^16,目前端口号仍然是16bit的,所有这个理论最大值是2^48,果然很大!
3.4 实际情况
天下没有免费的午餐。
每一条连接都是要消耗系统资源的,所以实际中可能会设置最大并发数来保证服务器的安全和稳定,所以这个理论最大并发数是不可能达到的。
实际中并发数和业务是直接相关的,像Redis这种内存型的服务端并发十几万都是没问题的,大部分来讲几十/几百/几千/几万等是存在的。
理解了服务器的最大并发数是2^48,那么客户端最多可以连接多少服务器呢?
对于客户端来说,当然可以借助于多网卡多IP来增加连接能力,我们仍然假定客户端只有1张网卡1个IP,由于端口数的限制到2^16,再去掉系统占用的端口,剩下可用的差不多64000。
也就是说,客户端虽然可以连接任意的目的IP和目的端口,但是客户端自身端口是有限的,所以客户端的理论最大连接数是2^16,含系统占用端口。
解决前面的两个问题之后,来看另外一个问题:
一个公网出口NAT服务设备最多可同时支持多少内网IP并发访问外网服务?
毕竟公网IP都是有限并且要花钱的,我们大部分机器都是在局域网中结合NAT来进行外网访问的,所以这个场景还是很熟悉的。
来看下内网机器访问外网时的IP&端口替换和映射还原的过程,就明白了:
因为这时的客户端是NAT设备,所以NAT环境下最多支持65535个并发访问外网。
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